Question

氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用．請回答：
（1）如圖是1molN₂和3molH₂反應生成2molNH₃過程中能量變化示意圖，該反應為

 

 （填“放熱反應”或“吸熱反應”），其活化能為

 

KJ/mol
（2）在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g），其化學平衡常數(shù)K與溫度t 的關(guān)系如下表：

t/K	298	398	498	…
K/（mol?L-1）2	4.1×106	K1	K2	…

完成下列問題：
①比較K₁、K₂的大小：K₁

 

K₂（填“＞”、“=”或“＜”）；
②判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

（填序號）；
A．2v（H₂）_（正）=3v（NH₃）_（逆）    B．2v（N₂）_（正）=v（H₂）_（逆）
C．容器內(nèi)壓強保持不變    D．混合氣體的密度保持不變
（3）NH₄Cl水溶液呈酸性，其原因是（用離子方程式表示）

 

；NH₄Cl水溶液中所含離子濃度按由大到小

 

．
（4）在一定溫度下，向容積不變（始終為10L）的密閉容器中加入2mol N₂、8mol H₂及固體催化劑．10分鐘后反應達到平衡狀態(tài)，容器內(nèi)氣體壓強變?yōu)槠鹗嫉?0%，此時氨氣的體積分數(shù)為

 

，用氮氣表示的反應速率為

 

．若想提高氨氣的產(chǎn)率，根據(jù)化學平衡移動原理，請?zhí)岢龊侠淼慕ㄗh：

 

（5）在上述相同條件下，若起始時加入4mol NH₃、2mol H₂及固體催化劑，反應達到平衡時 NH₃的體積分數(shù)比（3）中

 

（填“大”、“小”或“相等”）．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,反應熱和焓變,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算,鹽類水解的應用,離子濃度大小的比較

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,鹽類的水解專題

分析：（1）反應物總能量大于生成物總能量，則反應是放熱反應；活化能=E₁-E₂；
（2）①該反應的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，化學平衡常數(shù)減小；
②當反應前后改變的物理量不變時，該反應達到平衡狀態(tài)；
（3）氯化銨是強酸弱堿鹽，銨根離子水解導致溶液呈堿性，氯離子不水解，銨根離子水解程度較小，據(jù)此確定溶液中離子濃度大�。�
（4）同一溫度下，同一容器中，氣體的物質(zhì)的量之比等于其壓強之比，則平衡狀態(tài)混合氣體的物質(zhì)的量=（2+8）mol×80%=8mol，反應中減少的物質(zhì)的量等于氨氣的物質(zhì)的量，所以n（NH₃）=（2+8）mol×（1-80%）=2mol，據(jù)此計算氨氣的體積分數(shù)；
根據(jù)v=

△n V

△t

計算氮氣反應速率；
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，要提高氨氣產(chǎn)率，則平衡向正反應方向移動，可以通過改變溫度、壓強、氣體的濃度來實現(xiàn)；
（5）將氨氣完全轉(zhuǎn)化為氮氣和氫氣，則氮氣和氫氣的物質(zhì)的量分別與（3）中氮氣、氫氣的物質(zhì)的量相等，所以兩個體系是等效平衡，平衡時兩個容器中氨氣的體積分數(shù)相等．

解答： 解：（1）根據(jù)圖象知，反應物總能量大于生成物總能量，所以該反應是放熱反應，其活化能═E₁-E₂=bkJ/mol-akJ/mol=（b-a）kJ/mol，
故答案為：放熱反應；b-a；
（2）①該反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，則其平衡常數(shù)減小，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
②A．2v（H₂）_（正）=3v（NH₃）_（逆）時，氫氣的正逆反應速率相等，則該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
B．3v（N₂）_（正）=v（H₂）_（逆）時該反應達到平衡狀態(tài)，當2v（N₂）_（正）=v（H₂）_（逆）時該反應未達到平衡狀態(tài)，故錯誤；
C．容器內(nèi)壓強保持不變時，平衡體系中各物質(zhì)的含量不變，則該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
D．無論該反應是否達到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度始終保持不變，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
故選AC；
（3）氯化銨是強酸弱堿鹽，銨根離子水解導致溶液呈酸性，水解方程式為NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺，鈉離子不水解，銨根離子水解程度較小，所以該溶液中離子濃度大小順序是C（Cl^-）＞C（NH₄⁺）＞C（H⁺）＞C（OH^-），故答案為：NH₄⁺+H₂O?NH₃?H₂O+H⁺；C（Cl^-）＞C（NH₄⁺）＞C（H⁺）＞C（OH^-）；
（4）同一溫度下，同一容器中，氣體的物質(zhì)的量之比等于其壓強之比，則平衡狀態(tài)混合氣體的物質(zhì)的量=（2+8）mol×80%=8mol，反應中減少的物質(zhì)的量等于氨氣的物質(zhì)的量，所以n（NH₃）=（2+8）mol×（1-80%）=2mol，氨氣的體積分數(shù)=氨氣的物質(zhì)的量分數(shù)=

2mol

8mol

×100%=25%；
參加反應的n（N₂）=

1

2

n（NH₃）=

1

2

×2mol=1mol，
氮氣的反應速率v=

△n V

△t

=

1mol 10L

10min

=0.01mol/（L．min）；
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，該反應是反應前后氣體體積減小、放熱的可逆反應，要提供氨氣產(chǎn)率，則平衡向正反應方向移動，可以通過降低溫度、增大壓強、增大氫氣或氮氣濃度、減小氨氣濃度來實現(xiàn)，
故答案為：25%；0.01mol/（L?min）；增大氫氣濃度、增大氮氣濃度、降溫、增大壓強或及時轉(zhuǎn)移走生成的氨；
（5）將氨氣完全轉(zhuǎn)化為氮氣和氫氣，氮氣的物質(zhì)的量為2mol、氫氣的物質(zhì)的量為8mol，則氮氣和氫氣的物質(zhì)的量分別與（3）中氮氣、氫氣的物質(zhì)的量相等，所以兩個體系是等效平衡，平衡時兩個容器中氨氣的體積分數(shù)相等相等，故答案為：相等．

點評：本題考查了化學平衡的有關(guān)知識，涉及離子濃度大小比較、等效平衡、化學平衡移動、反應速率計算等知識點，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)、反應特點、等效平衡特點等知識點來分析解答，這些知識點都是考試熱點，熟練掌握基礎(chǔ)知識，題目難度中等．